316国道沿线地质灾害类型、成因及防范对策,地质工程论文

316国道沿线地质灾害类型、成因及防范对策,地质工程论文316国道是我们国家南北运输的重要通道，起点福建福州国货东路连潘，终点甘肃兰州，总里程2951km.途经福建、江西、湖北、陕西和甘肃5个省份，陕西省内总长653km.316国道从河东店镇北之万年桥附近进入陕西汉中市汉台境，于鑫源街道办与108国道并线，由西向东从汉台区东部铺镇附近出境。汉中境内316国道长度87km,改线后从北部中低山区线路穿越长度约20km,老316国道长度约15km.316国道在汉中市汉台区乃至我们国家公路网骨架中占有举足轻重的地位。近20年来，随着社会经济的迅猛发展，我们国家道路建设加快，316国道也经太多次加宽和改造，固然通行能力得到了一定的改善，但是道路建设不可避免要开挖坡体，引发了严重地质灾祸如滑坡、崩塌和泥石流等，这在一定程度上又严重影响道路的运行能力，同时威胁过往车辆和行人生命财产安全。如2020年7月2日，316国道汉台段K2181+600m处〔河东店镇光明村HT0087〕发生崩塌[1],方量约900m3,堵塞交通近2h;2020年7月4日，该段北侧K2191km+800m处〔河东店镇麻坪寺村HT0037〕再次发生崩塌，方量约1.7104m3,此次崩塌体巨石较多，华而不实最大的一块约有500t,堵塞交通近4d.为了尽可能避免316国道沿线地质灾祸的发生，最大限度地保卫过往车辆和行人生命财产安全，作者在汉台区1:50000地质灾祸具体调查的基础上，将316国道沿线作为重点地段进行了地质灾祸专题研究，为汉台区国土资源分局等部门对公路沿线地质灾祸的防备提供决策与根据。1地质环境条件1.1地形地貌汉台区境秦岭南麓316国道沿线为中低山地貌，褒河由北向南通过，主河及其支沟老丈沟、沙河沟、蒋家沟、潘家河、沥水沟呈V字型沟谷，切割深度大，一般在200~400m,山坡陡峻，坡度角一般在35~50之间，山背狭长，陡坡处基岩裸露，缓坡处残坡积土覆盖。区内植被较发育，但在人类活动强烈的地区，如316国道沿线或矿山开采区植被欠发育。1.2地层岩性国道沿线出露震旦系和寒武系地层，第四系地层广布于地表。震旦系地层分布于老庄基-土罐子沟一带，呈NEE向展布，岩性为绢云绿泥石片岩、千枚岩夹灰岩；其余大部分区域为寒武系地层，与震旦系呈沉积不整合接触关系，受复式褶皱构造与震旦系呈南北向间隔出现，岩性主要为黑云母石英片岩、二母云石英片岩夹大理岩。分布于河道或沟道第四系物质为冲洪积物，斜坡体上为坡残积碎石土；汉台境万年桥附近316国道沿线两侧有万年桥花岗岩枝出露，属印支期中粒花岗岩，岩石块状构造，侵入于寒武系地层中。1.3地质构造国道沿线位于扬子板块与秦岭板块结合带之秦岭板块之上，属康县-略阳-勉县华力西褶皱带。褶皱、断裂及次级节理裂隙构造发育。褶皱构造总体为轴向北东东的复式紧闭褶皱，可进一步分为沙河沟口次级向斜和老庄基次级背斜，地层倾角大，50~80，褶皱紧闭，轴面劈理发育。断层主要为次级顺层走向断层，规模较大的老丈沟断层展布于寒武系地层内部。1.4岩土体类型地层岩性决定了区内岩土体类型。岩体主要为坚硬块状花岗岩类；较坚硬中厚层状碳酸盐类；较坚硬-较软黑云母石英片岩类、较软中浅变质岩类等；土体为坡残积碎石土和冲洪积粘性土等。1.5人类工程活动国道沿线与地质灾祸有关的人类工程活动主要有道路建设、矿产开发、削坡建房。〔1〕秦岭南麓汉台境316国道沿褒河左岸前行，工程建设对原始坡体进行了大面积的开挖、削坡，致使基岩边坡稳定性较差。另外，区内近年来通村公路基本建成，开挖的边坡大都没有防护，不稳定边坡在降水、自重作用下经常发生滑塌等。〔2〕汉台区矿产丰富，当前沿线正在开采矿种有石英矿、磷矿，牵涉6个矿权。矿产资源矿的开发利用毁坏了大量的土地资源，同时构成大量的弃渣，部分弃渣沿沟道分布，前缘未做有效的拦挡，成为泥石流隐患，一方面威胁矿山本身的安全，另一方面威胁下游耕地、国道的安全。〔3〕受地形条件的限制，北部中低山区削坡建房现象普遍存在，村民一般在屋后坡体前缘用石头码坎砌筑，不稳定边坡大都得不到有效的防治。区内降水充沛，坡体临时空失稳后，构成滑坡，威胁村民的安全。2地质灾祸类型2.1地质灾祸大概情况根据地质灾祸具体调查，316国道沿线地质灾祸类型为崩塌、滑坡和泥石流灾祸〔图1、表1〕,华而不实崩塌数量最多，为23处；其次为滑坡13处；泥石流隐患4处。威胁最严重的灾祸类型为崩塌。2.2地质灾祸类型2.2.1崩塌316国道工程建设经过中，对原始坡体进行了开挖，大部分地段未进行工程治理，构成不稳定边坡，近乎直立或负坡，开挖地段植被覆盖率低，在各类诱发因素的作用下，极易发生崩塌。〔1〕分布特征崩塌是指受重力作用的岩土体从高陡边坡忽然加速崩落或滚落〔跳跃〕的现象[3].崩塌的往往突发性强、危害大，十分是在公路沿线频发。汉台境316国道沿线崩塌主要发育在褒河左岸斜坡体中上部，多因构造抬升、河流下切和人类工程活动互相作用构成陡崖，加之岩体节理裂隙发育，在暴雨等作用下易构成崩塌，对道路的安全畅通造成极大隐患。另外公路边坡开挖构成的高陡斜坡，由于岩体差异风化，下部软弱岩层抗风化能力弱，构成凹岩型，使上部坚硬岩石忽然失去支撑，在重力作用下，也易构成崩塌。316国道沿线共发育23处崩塌，均为岩质崩塌。华而不实，中型崩塌居多，共16处，占崩塌总数的69.6%,其余7处均为小型崩塌，占崩塌总数的30.4%.按稳定状态分，当前稳定性差的12处，其余11处为稳定性较差。〔2〕发育特征①斜坡类型通过调查分析，316国道沿线崩塌发育的坡面形态可分为三类：直立型、凹型和凸型，华而不实直立型和凸型属于正向类，而凹型属于负向类[4].发育的23处崩塌中，直立型15处，占崩塌总数的65.2%;凹型5处，占21.7%;凸型3处，占崩塌总数的13.1%.②斜坡坡度斜坡的坡度是影响崩塌发育的一个重要的因子。23处崩塌坡度均大于60〔表2〕,随道地形坡度的增大，崩塌的数量也随之增加，当坡度到达80~90时，崩塌的数量到达10处，这主要是由于坡度变陡，临空面变大，岩土体内的应力就越集中于坡脚或软弱构造面部位，使边坡的稳定性大大降低，容易产生边坡变形毁坏，崩塌发生的数量也就越多。③斜坡厚度崩塌厚度分布范围为1~5m,主要集中在3m和5m〔见图2〕.23处崩塌中有10处厚度约3m,8处厚度为5m,而厚度为1m和2m的崩塌个数分别为3处和2处。由此讲明：汉台境秦岭南麓316国道沿线基岩理裂隙切割块体深度或厚度介于3~5m间。④斜坡坡高斜坡坡高也是影响崩塌发生的一个重要因素。坡高不能改变斜坡应力分布状态，但随着坡高的增大，坡体内应力大小将发生变化。对316国道沿线发育的崩塌的坡高进行统计〔见图3〕,由图3能够看出：坡高在10~20m区间的仅发育1处崩塌，占崩塌总数4.34%;而20~30m和30~40m这两个区间均发育崩塌9处，分别占崩塌总数39.13%,共占78.26%;40~50m区间内发育3处崩塌，占总数13.06%;坡高大于50m有崩塌1处，占崩塌总数4.34%.由此可知：崩塌主要发育在坡高为20~40m区间内，随着坡高的增大，崩塌的数量有所减少。⑤斜坡宽度崩塌宽度分布于50~400m间。宽度在100~150m的崩塌最多，有10处，占崩塌总数43.50%〔见图4〕;其次是50~100m的有6处，占崩塌总数26.08%;200~250m的有4处，占崩塌总数17.40%;250~300m、300~350m和350~400m这三个区间内都仅发育崩塌灾祸1处，分别占崩塌总数4.34%.由此可知：该段发育的崩塌宽度主要在50~150m之间。崩塌的宽度受人类工程活动的影响，讲明工程建设经过中边坡开挖的长度集中分布于50~150m间。⑥斜坡坡向斜坡坡向也是影响崩塌发育的一个因素。通过对调查数据的统计〔表3〕能够看出：发育于0~90坡向的崩塌数量1处，占崩塌总数的4.35%;发育于90~180坡向的崩塌数量6处，占崩塌总数的26.08%;发育于180~270坡向的崩塌最多，为12处，占崩塌总数的52.17%,而发育在270~360坡向的崩塌数量为4处，占17.40%.这里把90~270坡向的坡称为阳坡，把270~90坡向的坡称为阴坡，能够看出阳坡发育的18处崩塌数量远大于阴坡发育的5处崩塌，造成这种现象的主要原因是：由于朝向的不同，山坡的气候和温差可能存在差异变化等。阳坡比阴坡受日照时间长，气温与岩土体温度在白天的温度比拟高，所以在同等条件下，阳坡的昼夜温差比阴坡大，同时阳坡一般都是人类寓居地，工程活动比拟强烈，这也是造成阳坡崩塌灾祸发育的原因。2.2.2滑坡汉台境秦岭南麓316国道位于中低山区，第四系坡残积层广布，厚度一般3~5m,下伏寒武系和震旦系片岩灰岩，由于地形陡峻，汛期土岩接触面含水量较大，在自重作用下发生滑动，个别地段由于国道或通村公路建设开挖，坡脚临空失稳，上覆土体发生滑动。滑坡一般顺坡向长20~50m,垂直于坡向宽度60~100m,厚度与坡积层等厚，一般3~5m,滑坡后壁周界不清，拉张裂缝大都断续出露，长度、深度、宽度不等，滑体上常见粒径不等的块石分布，前缘剪出口附近可见地下水呈点滴状渗出。316国道沿线共发育13处滑坡，均为残坡积层滑坡。小型滑坡9处，中型滑坡4处；按稳定状态分，稳定性差5处，其余8处稳定性较差。2.2.3泥石流316国道沿线沟谷为褒河水系，其支沟为V字型沟谷，沟谷纵坡降大，两岸谷坡坡度较陡，开采石英矿在沟脑构成大量废渣，具备泥石流的构成物源和地形条件，在降水作用下发生泥石流灾祸，冲洪积物所到之处如有重要设施必致灾，即对老316国道已造成影响。有些泥石流沟短，构成区、流通区、堆积区界限不清，冲洪积物沿整个沟道分布，最终堆积于褒河支沟潘家河内；而有些泥石流沟较长，构成区、流通区、堆积区界限可辨，如大东沟和小东沟泥石流隐患，构成区位于沟脑的矿区集中开采区，如此图4所示，废渣规模较大，流通区位于沟的中游，狭窄且长，下游主沟与支沟交汇处为堆积区，对316国道和耕地构成威胁。综上，316国道沿线地质灾祸以滑坡、崩塌、泥石流为主。崩塌以中型基岩为主，稳定性较差；滑坡以小型残坡积层滑坡为主，稳定性较差；泥石流以小型中~低沟谷型泥石流为主。3地质灾祸成因汉台区地质灾祸多分布在公路、居民区、矿山企业附近，而人口稀少的高山或深山处，地质灾祸的发生率相对较低。这种分布并不是偶尔的，而是由于地质灾祸的发生与人类生产、生活活动密不可分，人类活动往往使已经应力平衡的坡体发生应力集中和应力重分布现象，必然导致稳定的坡体向不稳定状态发展，进而产生崩塌、滑坡、泥石流等地质灾祸。对316国道沿线灾祸多发的原因，从下面几个方面进行阐述。3.1陡峻的地形地貌是地质灾祸发生的前提316国道地貌单元为中低山区，V字形沟谷发育，切割深度大，一般在200~400m,山坡陡峻，坡度角一般在35~50之间，山背狭长，陡坡处基岩裸露，缓坡处残坡积土覆盖，植被较发育，一般在人类活动强的地区，地形坡度较大，植被欠发育，在降雨充沛时上覆松懈层易沿下伏基岩面发生滑动；在坡脚遭开挖的中上部地段，因存在临空面易发生崩塌灾祸；而在深切的沟谷中且上游有采矿活动的可能构成泥石流。316国道沿线地质灾祸均与这些地形地貌条件有关，因而陡峻的地形地貌是地质灾祸发生的前提。3.2地层岩性及其岩土体是地质灾祸发生的物质基础通过现场调查并结合前人的研究成果，得出316国道地质灾祸多发生在构造活动强烈、岩性软弱、岩体破碎的顺向构造边坡的千枚岩、片岩地层中。尤其在316国道沿线地质灾祸高发段，由于修路、人工开挖切坡构成具有一定高度差的临空面，导致边坡体内的应力差异及应力重分布，造成局部应力超过岩体自稳条件，发生边坡失稳毁坏。而这个区域出露的主要是寒武系和震旦系软弱变质岩，变质岩体构造由于在岩浆岩和沉积岩，甚至是原有变质岩的基础上经历了高温、高压下的变质-变形经过[5